JPH0468267A - Cryogenic refrigerating machine - Google Patents

Cryogenic refrigerating machine

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Publication number
JPH0468267A
JPH0468267A JP18365690A JP18365690A JPH0468267A JP H0468267 A JPH0468267 A JP H0468267A JP 18365690 A JP18365690 A JP 18365690A JP 18365690 A JP18365690 A JP 18365690A JP H0468267 A JPH0468267 A JP H0468267A
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JP
Japan
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gas
cylinder
refrigerant
gas supply
valve
Prior art date
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Pending
Application number
JP18365690A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shuji Fujimoto
修二 藤本
Naoki Fukui
直樹 福井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daikin Industries Ltd
Original Assignee
Daikin Industries Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH0468267A publication Critical patent/JPH0468267A/en
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Abstract

PURPOSE:To shorten the cooling down time period and maintain the refrigerating capacity by a method wherein a cylinder assembly and a valve motor assembly are connected by two refrigerant pipes having different diameters and the two refrigerant pipes are alternatively changed over to each other depending upon the operating status. CONSTITUTION:In an expansion device 2, the high pressure gas supplied from a compressor 1 is adiabatically expanded to generate cold of a cryogenic level. The expansion device 2 is separated into two assemblies, a cylinder assembly 3 where gas is expanded in expansion chambers 18 and 19 in a cylinder 10, and a valve motor assembly 40. The cylinder assembly 3 and the valve motor assembly 40 communicate with each other by a first refrigerant pipe 60 and a second refrigerant pipe 61 having a smaller diameter. During cool-down operation, the cylinder assembly 3 and the valve motor assembly 40 communicate with each other by the second refrigerant pipe 61 having a smaller diameter. With an increase in the flow rate or refrigerant flowing in and out, the compression heat which is taken away at the low temperature end of the cylinder 10 is dissipated well by heat-exchanging with the refrigerant gas. When normal operating state is established, the first refrigerant pipe 60 having a larger diameter is opened so as to increase the operating capacity of a refrigerating machine.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、膨張機のシリンダ内でディスプレーサをガス
圧により往復動させて該ディスプレーサの往復動に伴う
冷媒ガスの断熱膨張により極低温レベルの寒冷を発生さ
せる極低温冷凍機に関する。
Detailed Description of the Invention (Industrial Field of Application) The present invention reciprocates a displacer within the cylinder of an expander using gas pressure, and by adiabatic expansion of refrigerant gas accompanying the reciprocating movement of the displacer, the refrigerant gas can be heated to a cryogenic level. It relates to a cryogenic refrigerator that generates cold.

(従来の技術) 従来より、この種の極低温冷凍機として、GM(ギフオ
ードψマクマホン)サイクルの冷媒サイクルを有するガ
ス圧駆動式のGM冷凍機が知られている。この冷凍機の
膨張機はシリンダと、該シリンダ内に往復動可能に配設
されたディスプレーサ及びスラックピストンとを備えて
なり、ディスプレーサによりシリンダ内の先端に膨張室
が区画され、この膨張室はディスプレーサ内のりジェネ
レータを介してシリンダ基端側の空間に連通している。
(Prior Art) Conventionally, as this type of cryogenic refrigerator, a gas pressure-driven GM refrigerator having a refrigerant cycle of a GM (Gifford ψ McMahon) cycle has been known. The expander of this refrigerator includes a cylinder, a displacer and a slack piston that are reciprocally disposed within the cylinder, and an expansion chamber is defined at the tip of the cylinder by the displacer. It communicates with the space on the base end side of the cylinder via the inner flow generator.

スラックピストンは、シリンダの基端側に該基端側空間
をガス給排室と中間圧室とに区画するように配置され、
かつディスプレーサに対し該ディスプレーサを所定スト
ロークの遅れをもって駆動するように係合している。上
記中間圧室はサージボリュームに連通されている一方、
ガス給排室は圧縮機の吐出側及び吸込側にそれぞれ接続
される高圧ガス入口及び低圧ガス出口に切換バルブを介
して連通している。そして、切換バルブをバルブモータ
により駆動させることで、ガス給排室ないし膨張室に対
する冷媒ガスの給排を切り換え、ガス給排室と中間圧室
との差圧によりスラックピストンを移動させてディスプ
レーサを往復動させ、このディスプレーサの往復動に伴
う冷媒ガスの膨張室での膨張により膨張室周りのシリン
ダに寒冷を発生させるようになされている。
The slack piston is arranged on the proximal end side of the cylinder so as to partition the proximal space into a gas supply/discharge chamber and an intermediate pressure chamber,
The displacer is engaged with the displacer so as to drive the displacer with a delay of a predetermined stroke. While the intermediate pressure chamber is communicated with the surge volume,
The gas supply/discharge chamber communicates via a switching valve with a high pressure gas inlet and a low pressure gas outlet connected to the discharge side and suction side of the compressor, respectively. Then, by driving the switching valve with a valve motor, the supply and discharge of refrigerant gas to and from the gas supply and discharge chamber or the expansion chamber is switched, and the slack piston is moved by the differential pressure between the gas supply and discharge chamber and the intermediate pressure chamber, thereby displacing the displacer. The displacer is moved back and forth, and the refrigerant gas expands in the expansion chamber as the displacer moves back and forth, thereby generating cold in the cylinder around the expansion chamber.

ところで、近年、超電導デバイスの1つとして、ジョセ
フソン効果を利用した超電導量子干渉素子(Super
conductive Quantum Interf
erence Device二以下、5QUIDと略称
する)が注目されている。この5QUIDに超電導コイ
ルからなる磁束入力回路を接続することにより、例えば
生体内に流れる微小電流に伴う磁界や体内の微小磁石か
らの磁界等、極めて微弱な磁束を測定するようにしたグ
ラジオメータを得ることができる。
Incidentally, in recent years, superconducting quantum interference devices (Super
conductive Quantum Interf
erence Device 2 (abbreviated as 5QUID) is attracting attention. By connecting a magnetic flux input circuit consisting of a superconducting coil to this 5QUID, a gradiometer can be obtained that can measure extremely weak magnetic flux, such as the magnetic field associated with a minute current flowing inside a living body or the magnetic field from a minute magnet inside the body. be able to.

しかし、この5QUIDを作動温度レベルに冷却するた
めに上記したガス圧駆動式のGM冷凍機を使用する場合
、冷凍機には切換バルブを駆動するためのバルブモータ
が設けられているため、このモータからの磁束が5QU
IDに有害なノイズとなって検出され、その測定精度が
低下するという問題がある。
However, when using the gas pressure-driven GM refrigerator described above to cool the 5QUID to the operating temperature level, the refrigerator is equipped with a valve motor to drive the switching valve; The magnetic flux from is 5QU
There is a problem in that the noise is detected as harmful noise to the ID, and its measurement accuracy is reduced.

そこで、従来、上記バルブモータの影響を低減するため
に、膨張機におけるバルブ及びバルブモータをシリンダ
部分と分離し、これら分離したバルブモータアッセンブ
リ及びシリンダアッセンブリを冷媒配管で接続すること
により、バルブモータを5QUIDつまりシリンダ先端
から離して、バルブモータからの磁束による有害なノイ
ズを低減するようにした別体型のものが提案されている
(例えば198B、8.18〜8.19に開催された会
議“5th Internatlonal Cryoc
ooler Conf’erence ’での米国論文
“Development of A Hybrid 
Glfford−Memahon  J6ule−Th
ospson  Ba5ed  Neurowagne
toIIeter、Cryosquid”参照)。
Conventionally, in order to reduce the influence of the valve motor, the valve and valve motor in the expander are separated from the cylinder part, and the separated valve motor assembly and cylinder assembly are connected with refrigerant piping to reduce the valve motor. 5QUID, that is, a separate type that is placed away from the cylinder tip to reduce harmful noise caused by magnetic flux from the valve motor, has been proposed (for example, 198B, 5th Conference held from 8.18 to 8.19). International Cryoc
U.S. paper “Development of A Hybrid
Gulfford-Memahon J6ule-Th
ospson Ba5ed Neurowagne
toIIeter, Cryosquid”).

(発明が解決しようとする課題) しかるに、このような別体型の膨張機においては、バル
ブモータがシリンダ部分と一体化されている一体型のも
のに比べ、圧縮機と膨張機との間を循環する冷媒ガス量
が減少するため、シリンダの低温端(先端)でガスが奪
った圧縮熱は十分に放熱されず、シリンダの常温部(基
端部)に溜まることとなる。この熱の滞留によりシリン
ダ基端側に配置されているサージボリュームが加熱され
、その内部のガス圧が高くなり、ガスの中間圧と高圧と
の差圧が小さくなってスラックピストン及びディスプレ
ーサのスムーズな移動に支障を来し、クールダウン時間
が長くなったり、最悪の場合にはディスプレーサが停止
するいう問題が生じる。
(Problem to be Solved by the Invention) However, in such a separate type expander, compared to an integrated type in which the valve motor is integrated with the cylinder part, the circulation between the compressor and the expander is reduced. Since the amount of refrigerant gas is reduced, the compression heat taken by the gas at the low-temperature end (tip) of the cylinder is not sufficiently radiated and accumulates in the room-temperature part (base end) of the cylinder. This retention of heat heats the surge volume located at the base end of the cylinder, increasing the internal gas pressure and reducing the differential pressure between the intermediate and high gas pressures, allowing the slack piston and displacer to move smoothly. This poses problems such as hindering movement, prolonging the cool-down time, and in the worst case, causing the displacer to stop.

この問題は、冷媒配管に小径のものを用いることである
程度解決することができる。すなわち、冷媒配管が小径
であると、大径の冷媒配管に比しシリンダアッセンブリ
とバルブアッセンブリとの間で往来する冷媒ガス量が多
くなり、圧縮熱の放熱が促進されてシリンダの常温端に
熱が溜まり難くなるからである。
This problem can be solved to some extent by using a small diameter refrigerant pipe. In other words, when the refrigerant piping is small in diameter, the amount of refrigerant gas flowing back and forth between the cylinder assembly and the valve assembly is larger than in the case of a large-diameter refrigerant piping, which promotes the radiation of compression heat and transfers heat to the room-temperature end of the cylinder. This is because it becomes difficult to accumulate.

ところが、反面、冷媒配管が小径であると、その部分で
のガスの圧力損失が大きくなり、冷媒ガスの圧力と体積
とで決まるいわゆるPV図示面積が小さくなり、冷凍能
力の低下は免れ得ない。
However, on the other hand, if the refrigerant piping has a small diameter, the pressure loss of the gas at that part will increase, the so-called PV indicated area determined by the pressure and volume of the refrigerant gas will become smaller, and the refrigerating capacity will inevitably decrease.

例えば第5図〜第7図は本発明者等が行った実験の結果
であり、第5図は一体型の膨張機と別体型の膨張機(シ
リンダアッセンブリとバルブモータアッセンブリとを長
さ5ms配管径3/8′の冷媒配管で接続したもの)と
のPv線図を示す。
For example, Figures 5 to 7 show the results of experiments conducted by the present inventors. A Pv diagram is shown with a refrigerant pipe connected by a refrigerant pipe with a diameter of 3/8'.

この図によると、別体型膨張機ではディスプレーサの動
きが阻害され、冷凍機の冷凍能力が低下していることが
示される。また、第6図は冷媒配管の配管径及び配管長
さとPv而面比との関係を、また第7図は冷媒配管の配
管径及び配管長とシリンダの常温端(ヘッド)の温度と
の関係をそれぞれ示しており、配管長が長くなるほど、
また配管径が小さいほどシリンダ常温端の温度が低くな
るが、反面、27面積比は小さくなることが判る。
This figure shows that in the separate expander, the movement of the displacer is obstructed, and the refrigerating capacity of the refrigerator is reduced. Figure 6 shows the relationship between the diameter and length of the refrigerant piping and the Pv surface ratio, and Figure 7 shows the relationship between the diameter and length of the refrigerant piping and the temperature at the normal temperature end (head) of the cylinder. are shown respectively, and the longer the piping length, the
It can also be seen that the smaller the pipe diameter, the lower the temperature at the cylinder normal temperature end, but on the other hand, the 27 area ratio becomes smaller.

本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので、その目的は
、上記した別体型の膨張機に対し所定の改良を加えるこ
とにより、サージボリュームに対する加熱の影響をなく
し、ディスプレーサの往復運動を安定させてクールダウ
ン時間の短縮維持すると同時に、連絡配管での圧力損失
を低減して冷凍能力を確保することにある。
The present invention has been made in view of the above, and its purpose is to eliminate the influence of heating on the surge volume and stabilize the reciprocating motion of the displacer by making certain improvements to the above-mentioned separate expander. The aim is to maintain a shortened cool-down time while at the same time reducing pressure loss in the connecting piping to ensure refrigerating capacity.

(課題を解決するための手段) 上記の目的を達成すべく、請求項(1)の発明では、別
体型の膨張機において、シリンダアッセンブリとバルブ
モータアッセンブリとを径の異なる2本の並列な冷媒配
管により接続し、これら2本の冷媒配管を冷凍機の運転
状態に応じて切り換えるようにした。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, in the invention of claim (1), in a separate expander, the cylinder assembly and the valve motor assembly are connected to two parallel refrigerants having different diameters. The two refrigerant pipes are connected by piping, and the two refrigerant pipes are switched depending on the operating state of the refrigerator.

具体的には、この発明は、第1図に示すように、冷媒ガ
スを圧縮して高圧ガスを発生させる圧縮機(1)と、該
圧縮機(1)から供給された高圧ガスを断熱膨張させて
極低温レベルの寒冷を発生させる膨張機(2)とで構成
された極低温冷凍機において、上記膨張機(2)を、ガ
ス給排口(5)を介してシリンダ(10)内へガスを給
排してディスプレーサ(16)を往復動させ、シリンダ
(10)内の膨張室(18)、(19)でガスを膨張さ
せるシリンダアッセンブリ(3)と、バルブモータ(5
4)により切換バルブ(51)を駆動して、上記圧縮機
(1)の吐出側及び吸込側にそれぞれ接続される高圧ガ
ス人口(43)及び低圧ガス出口(44)とガス給排口
(45)との連通を切り換えるバルブモータアッセンブ
リ(40)とに分離する。
Specifically, as shown in FIG. 1, this invention includes a compressor (1) that compresses refrigerant gas to generate high-pressure gas, and adiabatic expansion of the high-pressure gas supplied from the compressor (1). In the cryogenic refrigerator, the expander (2) is inserted into the cylinder (10) through the gas supply/discharge port (5). A cylinder assembly (3) that supplies and discharges gas to reciprocate the displacer (16) and expand the gas in expansion chambers (18) and (19) in the cylinder (10), and a valve motor (5).
4) drives the switching valve (51) to connect the high pressure gas port (43), low pressure gas outlet (44) and gas supply/discharge port (45) connected to the discharge side and suction side of the compressor (1), respectively. ) and a valve motor assembly (40) that switches communication with the valve motor assembly (40).

そして、上記シリンダアッセンブリ(3)のガス給排口
(5)とバルブモータアッセンブリ(40)のガス給排
口(45)とは第1冷媒配管(60)と、該第1冷媒配
管(60)に並列に接続され、第1冷媒配管(60)よ
りも小径の第2冷媒配管(61)とにより連通ずる。
The gas supply/discharge port (5) of the cylinder assembly (3) and the gas supply/discharge port (45) of the valve motor assembly (40) are connected to the first refrigerant pipe (60) and the first refrigerant pipe (60). The first refrigerant pipe (60) is connected in parallel with the second refrigerant pipe (61) and communicates with the second refrigerant pipe (61) having a smaller diameter than the first refrigerant pipe (60).

さらに、両ガス給排口(5)、  (45)の連通を第
1又は第2冷媒配管(60)、(61)に選択的に切り
換える切換手段(62)、  (63)を設ける。
Further, switching means (62), (63) are provided for selectively switching the communication between the gas supply/discharge ports (5), (45) to the first or second refrigerant pipes (60), (61).

請求項(2の発明では、上記請求項(1)の発明と同様
の構成において、第4図に示す如く、シリンダアッセン
ブリ(3)のガス給排口(5)とバルブモータアッセン
ブリ(40)のガス給排口(45)とを複数本の冷媒配
管(65)、  (66)で接続する。
In the invention of claim (2), in the same configuration as the invention of claim (1), as shown in FIG. The gas supply/discharge port (45) is connected with a plurality of refrigerant pipes (65) and (66).

また、両ガス給排口(5)、(45)間を連通ずる冷媒
配管(65)、  (66)の数等を変えることで、両
ガス給排口(5)、  (45)の連通時の通路断面積
を、少なくとも2以上の冷媒配管(65)、(66)を
選択してなる大断面積モードと、該大断面積モードにお
ける通路断面積よりも小断面積となる冷媒配管を選択し
てなる小断面積モードとの間で切り換える切換手段(6
7)を設ける。
In addition, by changing the number of refrigerant pipes (65), (66) that communicate between both gas supply and discharge ports (5), (45), it is possible to a large cross-sectional area mode in which at least two or more refrigerant pipes (65) and (66) are selected, and a refrigerant pipe whose cross-sectional area is smaller than the passage cross-sectional area in the large cross-sectional area mode. A switching means (6) for switching between the small cross-sectional area mode and the
7).

(作用) 上記の構成により、請求項(1)の発明では、例えば冷
凍機のクールダウン運転時には、切換手段(62)、 
 (63)によりシリンダアッセンブリ(3)及びバル
ブモータアッセンブリ(40)の各ガス給排口(5)、
  (45)を小径の第2冷媒配管(61)を通して連
通ずる。冷凍機のクールダウン運転時はシリンダ(10
)の低温端の温度が高いので、その常温端への圧縮熱滞
留の影響がクールダウン後よりも大きいが、小径の第2
冷媒配管(61)で連通ずることにより、この小径の冷
媒配管(61)で往来する冷媒ガスの量が多くなり、シ
リンダ(lO)の低温端で奪われた圧縮熱が冷媒ガスと
の熱交換により良好に放熱される。
(Function) With the above configuration, in the invention of claim (1), for example, during cool-down operation of the refrigerator, the switching means (62),
(63) each gas supply/discharge port (5) of the cylinder assembly (3) and valve motor assembly (40),
(45) are communicated through a small-diameter second refrigerant pipe (61). During cool-down operation of the refrigerator, the cylinder (10
) is high at the low-temperature end, the influence of compression heat retention at the room-temperature end is greater than after cool-down.
By communicating through the refrigerant pipe (61), the amount of refrigerant gas flowing back and forth through this small-diameter refrigerant pipe (61) increases, and the heat of compression taken away at the low temperature end of the cylinder (lO) is exchanged with the refrigerant gas. This allows for better heat dissipation.

このため、シリンダ(10)常温端の温度上昇を効果的
に抑えて中間圧を適正範囲に維持でき、よってディスプ
レーサ(16)の往復運動を正常に保つことができる。
Therefore, the temperature rise at the normal temperature end of the cylinder (10) can be effectively suppressed and the intermediate pressure can be maintained within an appropriate range, so that the reciprocating motion of the displacer (16) can be maintained normally.

一方、冷凍機のクールダウン運転が終了して定常運転状
態になると、切換手段(62)、  (63)によりシ
リンダアッセンブリ(3)及びバルブモータアッセンブ
リ(40)の各ガス給排口(5)。
On the other hand, when the cool-down operation of the refrigerator is completed and the normal operating state is reached, the switching means (62) and (63) switch the gas supply and discharge ports (5) of the cylinder assembly (3) and the valve motor assembly (40).

(45)を大径の第1冷媒配管(60)を通して連通ず
るとよい。この大径の冷媒配管(60)ではガスの圧力
損失が小さくなり、Pv図示面積が太き(保たれ、よっ
て冷凍機の冷凍能力を増大させることができる。
(45) may be communicated through the large-diameter first refrigerant pipe (60). This large-diameter refrigerant pipe (60) reduces gas pressure loss and maintains a large Pv area, thereby increasing the refrigerating capacity of the refrigerator.

請求項(aの発明では、冷凍機のクールダウン運転時、
切換手段(67)によりシリンダアッセンブリ(3)及
びバルブモータアッセンブリ(40)のガス給排口(5
)、  (45)同士を小断面積モード(例えば少数の
冷媒配管(66)を通して)で連通ずる。このため、両
ガス給排口(5)。
In the invention of claim (a), during cool-down operation of the refrigerator,
The gas supply/discharge port (5) of the cylinder assembly (3) and valve motor assembly (40) is controlled by the switching means (67).
), (45) are communicated with each other in a small cross-sectional area mode (for example, through a small number of refrigerant pipes (66)). For this reason, both gas supply and discharge ports (5).

(45)同士を連通ずる通路の断面積は小さくなり、両
ガス給排口(5)、(45)同土間で往来する冷媒ガス
の量が多くなり、よって、上記と同様に、シリンダ(1
0)常温端の温度上昇を効果的に抑えてディスプレーサ
(16)の往復運動を正常に保つことができる。
(45) The cross-sectional area of the passage that communicates with each other becomes smaller, and the amount of refrigerant gas flowing back and forth between both gas supply and discharge ports (5) and (45) on the same dirt floor increases.
0) It is possible to effectively suppress the temperature rise at the room temperature end and maintain normal reciprocating motion of the displacer (16).

これに対し、クールダウン運転後は、ガス給排口(5)
、(45)同士を大断面積モード(例えば多数の冷媒配
管(65)、  (66)を通して)で連通ずる、この
大断面積モードでは、連通通路の断面積が全体として増
大し、このため、冷媒配管(65)、(66)でのガス
圧力損失を低減して冷凍機の冷凍能力を増大させること
ができる。
On the other hand, after the cool-down operation, the gas supply and exhaust port (5)
, (45) in a large cross-sectional area mode (for example, through a large number of refrigerant pipes (65) and (66)), the cross-sectional area of the communication passage increases as a whole, and therefore, Gas pressure loss in the refrigerant pipes (65) and (66) can be reduced to increase the refrigerating capacity of the refrigerator.

(実施例) 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。(Example) Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings.

第1図は本発明の第1実施例に係るガス圧駆動式のGM
型型紙低温冷凍機全体構成を示し、この冷凍機はヘリウ
ムガス(冷媒ガス)のジュールトムソン膨張を利用した
図外のJT冷凍機の予冷冷凍機として用いられ、JT冷
凍機により5QUID(図示せず)を極低温レベルに冷
却するようになっている。
FIG. 1 shows a gas pressure driven GM according to a first embodiment of the present invention.
The pattern shows the overall configuration of a low-temperature refrigerator. This refrigerator is used as a pre-cooling refrigerator for a JT refrigerator (not shown) that utilizes Joule-Thomson expansion of helium gas (refrigerant gas). ) to cryogenic levels.

図において、(1)はヘリウムガスを圧縮して高圧ガス
を発生させる圧縮機、(2)は該圧縮機(1)から供給
された高圧ガスを断熱膨張させて極低温レベルの寒冷を
発生させる膨張機であって、この膨張機(2)は、シリ
ンダアッセンブリ(3)とバルブモータアッセンブリ(
40)とからなっている。
In the figure, (1) is a compressor that compresses helium gas to generate high-pressure gas, and (2) is a compressor that adiabatically expands the high-pressure gas supplied from compressor (1) to generate cryogenic cold. This expander (2) includes a cylinder assembly (3) and a valve motor assembly (
40).

シリンダアッセンブリ(3)は、上方に開放された有底
円筒状のシリンダ(10)と、該シリンダ(10)の上
端側(基端側)の開口を気密状に閉塞するバルブステム
(4)とを有する。上記バルブステム(4)はシリンダ
(10)内にその内壁と所定の間隔をあけて同心状に突
出する円柱状の突出部(4a)を有する。また、バルブ
ステム(4)には、その上面のシリンダ中心線上に開口
するガス給排口(5)と、比較的小さい容積のサージボ
リューム(7)と、上記ガス給排口(5)をシリンダ(
10)内に連通ずるガス流路(8)とが形成されている
。また、上記ガス流路(8)は通路断面積の小さい連通
路(9)を介して上記サージボリューム(7)に常時連
通しており、この連通路(9)によりサージボリューム
(7)での中間圧を適正値に設定するようにしている。
The cylinder assembly (3) includes a bottomed cylindrical cylinder (10) that is open upward, and a valve stem (4) that airtightly closes the opening on the upper end side (base end side) of the cylinder (10). has. The valve stem (4) has a cylindrical protrusion (4a) that protrudes concentrically within the cylinder (10) at a predetermined distance from the inner wall thereof. The valve stem (4) also has a gas supply/discharge port (5) that opens on the cylinder centerline on its top surface, a relatively small surge volume (7), and a gas supply/discharge port (5) that opens on the cylinder centerline. (
10), and a gas flow path (8) communicating therewith is formed. Further, the gas flow path (8) is always in communication with the surge volume (7) via a communication path (9) with a small passage cross-sectional area, and this communication path (9) allows the surge volume (7) to The intermediate pressure is set to an appropriate value.

一方、上記シリンダ(10)は、上端側(基端側)の大
径部(10a)と該大径部(10a)の下端(先端)に
連続する小径部(10b)とで2段構造に形成され、上
記大径部(10a)の下端部には例えば55〜60にの
温度レベルに保持される第1段ヒートステーション(1
1)が、また小径部(10b)の下端には上記第1段ヒ
ートステーション(11)よりも低い例えば15〜20
にの温度レベルに保持される第2段ヒートステーション
(12)がそれぞれ設けられており、この両段ヒートス
テーション(11)、  (12)から伝熱されてJT
冷凍機でのヘリウムガスが予冷されるようになっている
On the other hand, the cylinder (10) has a two-stage structure with a large diameter part (10a) on the upper end side (base end side) and a small diameter part (10b) continuous to the lower end (tip) of the large diameter part (10a). A first stage heat station (1) is formed at the lower end of the large diameter portion (10a) and is maintained at a temperature level of, for example, 55 to 60 degrees Celsius.
1), but the lower end of the small diameter part (10b) is lower than the first stage heat station (11), for example, 15 to 20
A second heat station (12) that is maintained at a temperature level of
The helium gas in the refrigerator is pre-cooled.

シリンダ(10)の大径部(10a)上端の内部には該
大径部(10a)内部に中間圧室(13)を区画形成す
るスラックピストン(15)が配設され、上記中間圧室
(13)は上記バルブステム(4)内のサージボリュー
ム(7)にオリフィス(14)を介して常時連通してい
る。上記スラツクピストン(15)は底壁を有する略カ
ップ形状のもので、その内周上端が上記バルブステム(
4)の突出部(4a)外周に、また外周下端がシリンダ
(10)の大径部(10a)内周にそれぞれ気密状に摺
接している。また、スラックピストン(15)の底壁中
心部には中心孔(15a)が、また底壁の隅角部にはピ
ストン(15)内外を連通ずる複数の連通孔(15b)
、(15b)、・・・がそれぞれ貫通形成されている。
A slack piston (15) is disposed inside the upper end of the large diameter portion (10a) of the cylinder (10) and defines an intermediate pressure chamber (13) inside the large diameter portion (10a). 13) is constantly in communication with the surge volume (7) in the valve stem (4) via an orifice (14). The slack piston (15) is approximately cup-shaped with a bottom wall, and the upper end of its inner circumference is connected to the valve stem (15).
4), and the lower end of the outer circumference is in airtight sliding contact with the inner circumference of the large diameter portion (10a) of the cylinder (10). In addition, a center hole (15a) is provided at the center of the bottom wall of the slack piston (15), and a plurality of communication holes (15b) are provided at the corners of the bottom wall to communicate the inside and outside of the piston (15).
, (15b), . . . are formed through each other.

また、シリンダ(10)内にはディスプレーサ(16)
が往復動可能に嵌挿されている。このディスプレーサ(
16)は、シリンダ(10)の大径部(10a)にて気
密摺動可能に配置された大径部(16a)と、該大径部
(16a)の下端(先端)に連続し、シリンダ(10)
の小径部(10b)に気密摺動可能に配置された小径部
(16b)とからなる2段構造のもので、大径部(16
a)及び小径部(16b)の内部にはそれぞれ密閉空間
が形成されており、このディスプレーサ(16)により
、シリンダ(10)内の空間が、ディスプレーサ(16
)の上端及びスラックピストン(15)で囲まれるガス
給排室(17)と、ディスプレーサ(16)の大径部(
16a)及びシリンダ(10)の大径部(10a)で囲
まれ、上記第1段ヒートステーション(11)に対応す
る第1段膨張室(18)と、ディスプレーサ(16)の
小径部(16b)及びシリンダ(10)の小径部(10
b)で囲まれ、上記第2段ヒートステーション(12)
に対応する第2段膨張室(19)とに区画されている。
Also, a displacer (16) is installed inside the cylinder (10).
is inserted so that it can reciprocate. This displacer (
16) is continuous with a large diameter part (16a) arranged to be airtightly slidable in the large diameter part (10a) of the cylinder (10), and a lower end (tip) of the large diameter part (16a). (10)
It has a two-stage structure consisting of a small diameter part (10b) and a small diameter part (16b) arranged so as to be airtightly slidable, and a large diameter part (16b).
A sealed space is formed inside each of the small diameter portion (16b) and the displacer (16), and the space inside the cylinder (10) is
) and the gas supply/discharge chamber (17) surrounded by the slack piston (15), and the large diameter part (16) of the displacer (16).
16a) and the large diameter part (10a) of the cylinder (10), a first stage expansion chamber (18) corresponding to the first stage heat station (11), and a small diameter part (16b) of the displacer (16). and the small diameter part (10) of the cylinder (10)
b) surrounded by the second stage heat station (12);
It is divided into a second stage expansion chamber (19) corresponding to the second stage expansion chamber (19).

また、ディスプレーサ(16)の大径部(16a)下端
には大径部(16a)内の密閉空間を上記第1段膨張室
(18)に常時連通ずる連通孔(20)、(20)が形
成されている。また、小径部(16b)上端には小径部
(16b)内の空間を第1段膨張室(18)に常時連通
ずる連通孔(21)、(21)が、同下端には密閉空間
を上記第2段膨張室(19)に常時連通する連通孔(2
2)、(22)がそれぞれ形成されている。
Further, at the lower end of the large diameter portion (16a) of the displacer (16), there are communication holes (20), (20) that constantly communicate the sealed space inside the large diameter portion (16a) with the first stage expansion chamber (18). It is formed. In addition, communication holes (21), (21) are provided at the upper end of the small diameter portion (16b) to constantly communicate the space inside the small diameter portion (16b) with the first stage expansion chamber (18), and communication holes (21) are provided at the lower end of the small diameter portion (16b) to constantly communicate the space within the small diameter portion (16b) with the first stage expansion chamber (18). A communication hole (2) that constantly communicates with the second stage expansion chamber (19)
2) and (22) are formed, respectively.

さらに、上記ディスプレーサ(16)の大径部(16a
)上端には大径部(16a)内の空間を上記ガス給排室
(17)に連通ずる管状の係止片(23)が一体に突設
され、該係止片(23)は上記スラックピストン(15
)底壁の中心孔(15a)を貫通してピストン(15)
内に所定寸法だけ延び、その上端部にはピストン(15
)底壁に係合するフランジ状の係止部(23a)が一体
に形成されており、スラックピストン(15)の移動時
、ピストン(15)が所定ストロークだけ移動した時点
で係合によりディスプレーサ(16)を移動開始させる
ように、つまりディスプレーサ(16)を所定ストロー
クの遅れをもってピストン(15)に追従移動させるよ
うになされている。
Furthermore, the large diameter portion (16a) of the displacer (16)
) A tubular locking piece (23) that communicates the space inside the large diameter portion (16a) with the gas supply/discharge chamber (17) is integrally provided at the upper end, and the locking piece (23) is connected to the slack. Piston (15
) The piston (15) passes through the center hole (15a) of the bottom wall.
A piston (15
) A flange-shaped locking part (23a) that engages with the bottom wall is integrally formed, and when the slack piston (15) moves, the displacer ( 16), that is, the displacer (16) is moved to follow the piston (15) with a delay of a predetermined stroke.

そして、上記ディスプレーサ(16)の大径部(16a
)内の密閉空間には第1段リジェネレータ(24)(蓄
冷器)が、また小径部(16b)内の密閉空間には第2
段リジェネレータ(25)がそれぞれ嵌装されている。
The large diameter portion (16a) of the displacer (16)
) is the first stage regenerator (24) (regenerator), and the small diameter part (16b) is the second stage regenerator (24) (regenerator) in the sealed space.
A stage regenerator (25) is fitted respectively.

これらリジェネレータ(24)、(25)はいずれも蓄
冷型の熱交換器からなる。具体的には、上記第1段リジ
ェネレータ(24)は、密閉空間内に蓄冷材として円板
状の多数の銅メツシユを積層したものであり、−方、第
2段リジェネレータ(25)では空間内に蓄冷材として
所定の直径を有する多数の鉛球(鉛のショット)が充填
封入され、これらメツシュの網目及び鉛球間の間隙がガ
ス通路とされており、このガス通路を流れるヘリウムガ
スの冷熱をメツシュ及び各鉛球に蓄えるようにしている
。すなわち、ディスプレーサ(16)がシリンダ(10
)内を上昇する吸気行程にあるときには、前の排気行程
で極低温レベルに温度降下したメツシュ及び鉛球をガス
給排室(17)から第1及び第2段膨張室(18)、(
19)に向かう常温のヘリウムガスと接触させて、両者
の熱交換によりそのガスを極低温レベル近くまで冷却す
る。一方、ディスプレーサ(16)が下降する排気行程
にあるときには、各膨張室(18)、(19)での膨張
により極低温レベルに温度降下したヘリウムガスをシリ
ンダ(10)外に排出する途中でメツシュ及び鉛球と接
触させて、両者の熱交換によりメツシュ及び鉛球を極低
温レベル近くまで再度冷却するように構成されている。
These regenerators (24) and (25) are both regenerator type heat exchangers. Specifically, the first stage regenerator (24) has a large number of disc-shaped copper meshes stacked together as a cold storage material in a closed space, while the second stage regenerator (25) A large number of lead balls (lead shots) with a predetermined diameter are filled and sealed in the space as a cold storage material, and the mesh of these meshes and the gaps between the lead balls are used as gas passages, and the cold heat of the helium gas flowing through this gas passage is is stored in the mesh and each lead bulb. That is, the displacer (16) is connected to the cylinder (10
) during the intake stroke, the mesh and lead bulb whose temperature has dropped to a cryogenic level in the previous exhaust stroke are transferred from the gas supply and exhaust chamber (17) to the first and second stage expansion chambers (18), (
19), and the gas is cooled to near cryogenic levels by heat exchange between the two. On the other hand, when the displacer (16) is in the downward exhaust stroke, the mesh and a lead ball, and the mesh and the lead ball are cooled again to near cryogenic levels by heat exchange between the two.

これに対し、上記バルブモータアッセンブリ(40)は
、上端が閉塞された有底円筒状のバルブハウジング(4
1)と、該ハウジング(41)の下端開口を気密状に閉
塞するバルブステム(42)とで構成された密閉円筒状
のもので、バルブハウジング(41)の側壁には圧縮機
(1)の吐出側に接続される高圧ガス入口(43)と、
同吸込側に接続される低圧ガス出口(44)とが開口さ
れている。また、バルブステム(42)の下端には上記
シリンダアッセンブリ(3)のガス給排口(5)と同径
のガス給排口(45)が開口されている。バルブハウジ
ング(41)の内部には、上記高圧ガス入口(43)に
連通ずるバルブ室(46)とが形成され、上記バルブ室
(46)にはバルブステム(42)の上面が臨んでいる
On the other hand, the valve motor assembly (40) has a cylindrical valve housing (40) with a closed bottom and a closed upper end.
1) and a valve stem (42) that airtightly closes the lower end opening of the housing (41). a high pressure gas inlet (43) connected to the discharge side;
A low pressure gas outlet (44) connected to the suction side is opened. Further, a gas supply/discharge port (45) having the same diameter as the gas supply/discharge port (5) of the cylinder assembly (3) is opened at the lower end of the valve stem (42). A valve chamber (46) communicating with the high-pressure gas inlet (43) is formed inside the valve housing (41), and the upper surface of the valve stem (42) faces the valve chamber (46).

バルブステム(42)には、上半部が2つに分岐されか
つ上記バルブ室(46)を上記ガス給排口(45)に連
通ずる第1ガス流路(48)と、一端が該第1ガス流路
(48)に後述のバルブディスク(51)の低圧ボー)
 (53)を介して連通するとともに、他端が上記低圧
ガス出口(44)にバルブハウジング(41)に形成し
た連通路(50)を介して連通ずる第2ガス流路(49
)とが貫通形成されている。両ガス流路(48)。
The valve stem (42) has a first gas passage (48) whose upper half is branched into two and communicates the valve chamber (46) with the gas supply/discharge port (45), and a first gas flow passage (48) whose upper half is divided into two and which communicates the valve chamber (46) with the gas supply/discharge port (45). 1 gas flow path (48) to the low pressure bow of the valve disc (51), which will be described later.
(53), and the other end communicates with the low pressure gas outlet (44) via a communication path (50) formed in the valve housing (41).
) are formed through it. Both gas channels (48).

(49)は、第2図に示すように、バルブステム(42
)上面においてバルブ室(46)に対し、第2ガス流路
(49)にあってはバルブステム(42)中心部に、第
1ガス流路(48)の2つの分岐部分にあっては上記第
2ガス流路(49)の開口部に対して対称な位置にそれ
ぞれ開口されている。
(49) is the valve stem (42) as shown in FIG.
) At the upper surface, the valve chamber (46) is located at the center of the valve stem (42) in the second gas flow path (49), and the above-mentioned part is located at the two branched portions of the first gas flow path (48). The openings are respectively symmetrical to the opening of the second gas flow path (49).

また、バルブ室(46)内にはバルブモータ(54)に
よって回転駆動される切換バルブとしてのバルブディス
ク(51)が配設され、該バルブディスク(51)の切
換動作により、高圧ガス入口(43)に連通ずるバルブ
室(46)と、低圧ガス出口(44)に連通ずる連通路
(50)とをガス給排口(45)に対し交互に連通ずる
ようになされている。
Further, a valve disc (51) as a switching valve is disposed in the valve chamber (46) and is rotatably driven by a valve motor (54). ) and a communication path (50) communicating with the low-pressure gas outlet (44) are alternately communicated with the gas supply/discharge port (45).

詳しくは、上記バルブディスク(51)はバルブモータ
(54)の出力軸(54a)に回転不能にかつ摺動可能
に連結されている。また、バルブディスク(51)上面
とモータ(54)との間にはスプリング(55)が縮装
されており、このスプリング(55)のばね力及びバル
ブ室(46)に導入された高圧ヘリウムガスの圧力によ
りバルブディスク(51)下面をバルブステム(42)
上面に対し一定の押圧力で押し付けている。また、第3
図に示す如く、バルブディスク(51)の下面には、そ
の半径方向に対向する外周縁から中心方向に所定長さだ
け切り込んでなる1対の高圧ポー) (52)、  (
52)と、該高圧ボート(52)(52)に対しバルブ
ディスク(51)の回転方向に略90″の角度間隔をあ
けて配置され、バルブディスク(51)下面の中心から
外周縁近傍に向かって直径方向に切り欠いてなる低圧ポ
ート(53)とが形成されている。そして、バルブモー
タ(54)の駆動によりバルブディスク(51)がその
下面をバルブステム(42)上面に圧接させながら回転
して切換動作する際、このバルブディスク(51)の切
換動作に応じて高圧ガス入口(43)又は低圧ガス出口
(44)を交互にガス給排口(45)に所定のタイミン
グで連通させるようにしている。
Specifically, the valve disc (51) is non-rotatably and slidably connected to the output shaft (54a) of the valve motor (54). Further, a spring (55) is installed between the upper surface of the valve disk (51) and the motor (54), and the spring force of this spring (55) and the high pressure helium gas introduced into the valve chamber (46) The pressure causes the lower surface of the valve disc (51) to become attached to the valve stem (42).
It is pressed against the top surface with a constant pressure. Also, the third
As shown in the figure, the lower surface of the valve disc (51) has a pair of high-pressure ports (52), (52), which are formed by cutting a predetermined length toward the center from the radially opposing outer peripheral edges of the valve disc (51).
52) and the high pressure boats (52) are arranged at an angular interval of approximately 90'' in the rotational direction of the valve disc (51) with respect to the high pressure boat (52) (52), and are arranged from the center of the lower surface of the valve disc (51) toward the vicinity of the outer peripheral edge. A low pressure port (53) is formed by cutting out in the diametrical direction.The valve disc (51) is rotated by driving the valve motor (54) while pressing its lower surface against the upper surface of the valve stem (42). When the switching operation is performed, the high pressure gas inlet (43) or the low pressure gas outlet (44) is alternately communicated with the gas supply/discharge port (45) at a predetermined timing according to the switching operation of the valve disc (51). I have to.

さらに、本発明の特徴として、上記シリンダアッセンブ
リ(3)のガス給排口(5)とバルブモータアッセンブ
リ(40)のガス給排口(45)とは、上記ガス給排口
(5)、  (45)と同等の断面積を有する大径(例
えば3/8インチ)の第1冷媒配管(60)と、該第1
冷媒配管(60)の途中から分岐接続され、第1冷媒配
管(60)よりも小径(例えば1/4インチ)の第2冷
媒配管(61)との2本の配管により接続されている。
Furthermore, as a feature of the present invention, the gas supply/discharge port (5) of the cylinder assembly (3) and the gas supply/discharge port (45) of the valve motor assembly (40) are the gas supply/discharge port (5), ( 45) of a large diameter (e.g. 3/8 inch) first refrigerant pipe (60) having a cross-sectional area equivalent to the first refrigerant pipe (60);
A branch connection is made from the middle of the refrigerant pipe (60), and a second refrigerant pipe (61) having a smaller diameter (for example, 1/4 inch) than the first refrigerant pipe (60) is connected by two pipes.

そして、上記第1冷媒配管(60)は手動操作式の1対
の第1開閉弁(62)、  (62)により、また第2
冷媒配管(61)は同様の1対の第2開閉弁(63)、
  (63)によりそれぞれ開閉されるようになってお
り、これら開閉弁(62)。
The first refrigerant pipe (60) is operated by a pair of manually operated first on-off valves (62), (62) and a second refrigerant pipe (60).
The refrigerant pipe (61) has a similar pair of second on-off valves (63),
These opening/closing valves (62) are adapted to be opened and closed by (63), respectively.

(63)により、両ガス給排口(5)、  (45)の
連通を第1又は第2冷媒配管(60)、(61)に選択
的に切り換える切換手段が構成されている。
(63) constitutes a switching means that selectively switches the communication between both gas supply/discharge ports (5), (45) to the first or second refrigerant pipes (60), (61).

そして、バルブモータアッセンブリ(40)でのバルブ
ディスク(51)の切換えにより、シリンダアッセンブ
リ(3)のガス給排口(5)に高圧ガス入口(43)か
らの高圧ガス又は低圧ガス出口(44)からの低圧ガス
を交互に作用させてスラブクピストン(15)及びディ
スプレーサ(16)をシリンダ(10)内で往復動させ
、第2図(a)に示す如く、バルブディスク(51)下
面の高圧ボート(52)、  (52)の内端がそれぞ
れバルブステム(42)上面の第1ガス流路(48)、
(48)に合致したときには、バルブ室(46)を高圧
ボート(52)、  (52) 、第1ガス流路(48
)及び冷媒配管(60)(又は(61)l を介してシ
リンダ(10)内のガス給排室(17)、第1及び第2
段膨張室(18)。
By switching the valve disc (51) in the valve motor assembly (40), the high pressure gas from the high pressure gas inlet (43) or the low pressure gas outlet (44) is connected to the gas supply/discharge port (5) of the cylinder assembly (3). The slab piston (15) and the displacer (16) are made to reciprocate within the cylinder (10) by applying low-pressure gas alternately to the valve disc (51), as shown in Fig. 2(a). the inner ends of the boats (52), (52) are each a first gas flow path (48) on the upper surface of the valve stem (42);
(48), the valve chamber (46) is connected to the high pressure boat (52), (52) and the first gas flow path (48).
) and the refrigerant pipe (60) (or (61)) to the gas supply and discharge chamber (17) in the cylinder (10), the first and second
Stage expansion chamber (18).

(19)に連通させて、これら各室(17)〜(19)
に高圧ヘリウムガスを導入充填することにより、スラッ
クピストン(15)及び該ピストン(15)によって駆
動されるディスプレーサ(16)を上昇させる。一方、
第2図(b)に示す如く、バルブステム(42)上面に
開口する第2ガス流路(49)に央部にて常時連通する
低圧ポート(53)の外端が上記第1ガス流路(48)
に合致したときには、上記シリンダ(10)内の各室(
17)〜(19)を冷媒配管(60)(又は(61)l
、第1ガス流路(48)、  (48)、低圧ポート(
53)、第2ガス流路(49)及び連通路(50)を介
して低圧ガス出口(44)に連通させて、各室(17)
〜(19)に充填されているヘリウムガスを低圧ガス出
口(44)に排出することにより、スラックピストン(
15)及びディスプレーサ(16)を下降させ、このデ
ィスプレーサ(16)の下降移動に伴う膨張室(18)
、  (19)内のヘリウムガスの膨張によって各ヒー
トステーション(11)、  (12)に寒冷を発生す
るように構成されている。
(19), each of these chambers (17) to (19)
By introducing high-pressure helium gas into the tank, the slack piston (15) and the displacer (16) driven by the piston (15) are raised. on the other hand,
As shown in FIG. 2(b), the outer end of the low pressure port (53), which is in constant communication at the center with the second gas flow path (49) that opens on the upper surface of the valve stem (42), is connected to the first gas flow path. (48)
When it matches, each chamber (
17) to (19) to refrigerant piping (60) (or (61)
, first gas flow path (48), (48), low pressure port (
53), each chamber (17) is connected to the low pressure gas outlet (44) via the second gas flow path (49) and the communication path (50).
By discharging the helium gas filled in ~ (19) to the low pressure gas outlet (44), the slack piston (
15) and the displacer (16), and as the displacer (16) moves downward, the expansion chamber (18)
, (19) to generate cold in each heat station (11), (12) by expansion of helium gas in the heat station (11), (12).

次に、上記実施例の作用について説明する。Next, the operation of the above embodiment will be explained.

クールダウン時には、GM冷凍機及びJT冷凍機の運転
に伴って5QUIDが徐々に低温度レベルに冷却され、
その5QUIDの温度が極低温レベル(約4K)まで降
下した後に冷凍機は定常運転状態に移り、その状態で5
QUIDが作動する。
During cool-down, the 5QUID is gradually cooled to a low temperature level as the GM refrigerator and JT refrigerator operate.
After the temperature of the 5QUID drops to the cryogenic level (approximately 4K), the refrigerator shifts to a steady operating state, and in that state, the
QUID is activated.

上記GM冷凍機の運転を詳しく説明すると、先ず、クー
ルダウン運転時、手動操作により、第2開閉弁(63)
、  (63)が共に開かれ、かつ第1開閉弁(62)
、  (62)は共に閉じられる。
To explain in detail the operation of the above GM refrigerator, first, during cool-down operation, the second on-off valve (63) is manually operated.
, (63) are both opened, and the first on-off valve (62)
, (62) are closed together.

このため、シリンダアッセンブリ(3)のガス給排口(
5)とバルブモータアッセンブリ(40)のガス給排口
(45)とは小径の第2冷媒配管(61)によって連通
される。
For this reason, the gas supply and exhaust port (
5) and the gas supply/discharge port (45) of the valve motor assembly (40) are communicated through a small diameter second refrigerant pipe (61).

膨張機(2)のシリンダアッセンブリ(3)におけるシ
リンダ(10)内の圧力が低圧であって、スラックピス
トン(15)とディスプレーサ(16)とが下降端位置
にある状態で、バルブモータアッセンブリ(40)のバ
ルブモータ(54)の駆動によりバルブディスク(51
)が回転し、第2図(a)に示す如く、その高圧ポート
(52)。
When the pressure inside the cylinder (10) in the cylinder assembly (3) of the expander (2) is low and the slack piston (15) and displacer (16) are at the lower end position, the valve motor assembly (40 ) is driven by the valve motor (54) of the valve disc (51
) rotates, and its high pressure port (52) is rotated, as shown in FIG. 2(a).

(52)がバルブステム(42)上面の第1ガス流路(
48)、  (48)に合致してバルブディスク(51
)が高圧側に開く。これに伴い、圧縮機(1)から高圧
ガス入口(43)を介してバルブモータアッセンブリ(
40)のバルブ室(46)に供給されている常温の高圧
ヘリウムガスがバルブディスク(51)の高圧ポート(
52)、  (52)及び第1ガス流路(48)を介し
てガス給排口(45)に供給され、このガス給排口(4
5)から第2冷媒配管(61)、シリンダアッセンブリ
(3)のガス給排口(5)及びガス流路(8)を介して
スラックピストン(15)下方のガス給排室(17)に
導入される。さらに、このガスはガス給排室(17)か
らディスプレーサ(16)の各リジェネレータ(24)
、(25)を通って順に各膨張室(18)、  (19
)に充填され、このリジェネレータ(24)、  (2
5)を通る間に前の排気行程で冷却されている銅メツシ
ユ及び鉛球との熱交換によって冷却される。
(52) is the first gas flow path (
48), matching the valve disc (51) with (48)
) opens to the high pressure side. Along with this, the valve motor assembly (
The high-pressure helium gas at room temperature supplied to the valve chamber (46) of the valve disc (51) is supplied to the high-pressure port (
52), (52) and the first gas flow path (48) to the gas supply/discharge port (45).
5) into the gas supply and discharge chamber (17) below the slack piston (15) via the second refrigerant pipe (61), the gas supply and discharge port (5) of the cylinder assembly (3), and the gas flow path (8). be done. Furthermore, this gas is transferred from the gas supply/discharge chamber (17) to each regenerator (24) of the displacer (16).
, (25) and then each expansion chamber (18), (19
), and this regenerator (24), (2
5), it is cooled by heat exchange with the copper mesh and lead bulbs that have been cooled in the previous exhaust stroke.

また、上記スラックピストン(15)上側の中間圧室(
13)はオリフィス(14)を介してサージボリューム
(7)に連通しているので、その圧力は一定の適正値に
保たれている。このため、上記ガス給排室(17)へ高
圧ヘリウムガスが導入されると、その内部の圧力が上記
中間圧室(13)よりも高くなり、両室(13)、(1
7)間の圧力差によってピストン(15)が上昇する。
In addition, an intermediate pressure chamber (
13) communicates with the surge volume (7) via the orifice (14), so its pressure is maintained at a constant and appropriate value. Therefore, when high pressure helium gas is introduced into the gas supply/discharge chamber (17), the internal pressure becomes higher than that of the intermediate pressure chamber (13), and both chambers (13), (1
7) causes the piston (15) to rise.

そして、このピストン(15)が所定ストロークだけ上
昇すると、該ピストン(15)の底壁とディスプレーサ
(16)上端の係止片(23)とが係合して、ディスプ
レーサ(16)は圧力変化に対し遅れを持ってピストン
(15)により引き上げられ、このディスプレーサ(1
6)の上昇移動によりその下方の膨張室(18)、(1
9)にさらに高圧ガスが充填される(吸気行程)。
When the piston (15) moves up by a predetermined stroke, the bottom wall of the piston (15) engages with the locking piece (23) at the upper end of the displacer (16), and the displacer (16) responds to pressure changes. The displacer (1) is pulled up by the piston (15) with a delay.
6) causes the expansion chambers (18) and (1
9) is further filled with high pressure gas (intake stroke).

この後、上記バルブディスク(51)が90゜回転して
閉じるが、その後もディスプレーサ(16)は慣性力に
よって上昇し、これに伴い、ディスプレーサ(16)上
方のガス給排室(17)内のヘリウムガスが第1及び第
2段膨張室(18)。
After this, the valve disc (51) rotates 90 degrees and closes, but the displacer (16) continues to rise due to inertia, and as a result, the air inside the gas supply and discharge chamber (17) above the displacer (16) rises. Helium gas enters the first and second stage expansion chambers (18).

(19)に移動する。Move to (19).

そして、ディスプレーサ(16)が上昇端位置に達した
後、バルブディスク(51)が90″回転し、第2図(
b)に示す如く、低圧ボート(53)が第1ガス流路(
48)に合致してバルブディスク(51)が低圧側に開
き、この開弁に伴い、上記ディスプレーサ(16)下方
の各膨張室(18)、(19)内のヘリウムガスがサイ
モン膨張し、このヘリウムガスの膨張によって寒冷が発
生する(膨張行程)。
Then, after the displacer (16) reaches the rising end position, the valve disc (51) rotates 90'', and as shown in FIG.
As shown in b), the low pressure boat (53) is connected to the first gas flow path (
48), the valve disc (51) opens to the low pressure side, and with this valve opening, the helium gas in each expansion chamber (18), (19) below the displacer (16) undergoes Simon expansion. Cooling occurs due to the expansion of helium gas (expansion stroke).

この極低温状態となったヘリウムガスは、上記ガス導入
時とは逆に、ディスプレーサ(16)内のりジェネレー
タ(24)、  (25)を通って上記ガス給排室(1
7)内に戻り、その間にリジェネレータ(24)、  
(25)内の銅メツシユ及び鉛球を冷却しながら自身が
常温まで暖められる。
This extremely low-temperature helium gas passes through the gas supply/discharge chamber (1
7) Return inside, while regenerator (24),
(25) While cooling the copper mesh and lead bulb inside, it is heated to room temperature.

そして、この常温のヘリウムガスは、ガス給排室(17
)内のガスと共に、上記とは逆に、ガス流路(8)、ガ
ス給排口(5)、第2冷媒配管(61)、バルブモータ
アッセンブリ(40)のガス給排口(45)、第1ガス
流路(48)、バルブディスク(51)の低圧ボート(
53)及び連通路(50)を介して低圧ガス出口(44
)に流れ、そこから圧縮機(1)に吸入される。このガ
ス排出に伴い、上記ガス給排室(17)内のガス圧が低
下して中間圧室(13)よりも低くなり、この画室(1
3)、  (17)での圧力差によりスラックピストン
(15)が下降し、このピストン(15)の底壁がディ
スプレーサ(16)の上面に当接した後は該ディスプレ
ーサ(16)が押圧されて下降し、このディスプレーサ
(16)の下降移動により膨張室(18)、  (19
)内のガスが膨張機(2)外にさらに排出される(排気
行程)。
This room temperature helium gas is then stored in the gas supply and exhaust chamber (17
), and contrary to the above, the gas flow path (8), the gas supply/discharge port (5), the second refrigerant pipe (61), the gas supply/discharge port (45) of the valve motor assembly (40), The first gas flow path (48), the low pressure boat (
53) and a low pressure gas outlet (44) via the communication path (50).
) from where it is sucked into the compressor (1). With this gas discharge, the gas pressure in the gas supply/discharge chamber (17) decreases and becomes lower than that in the intermediate pressure chamber (13).
3) The slack piston (15) descends due to the pressure difference at (17), and after the bottom wall of this piston (15) contacts the top surface of the displacer (16), the displacer (16) is pressed. The downward movement of the displacer (16) causes the expansion chambers (18), (19
) is further discharged to the outside of the expander (2) (exhaust stroke).

次いで、バルブディスク(51)が90°回転して閉じ
、この後もディスプレーサ(16)は下降端位置まで下
降し、膨張室(18)、  (19)内のガスが排出さ
れて最初の状態に戻る。以上により膨張機(2)の動作
の1サイクルが終了し、以後は上記と同様な動作が繰り
返される。この繰返しによりシリンダ(10)の両ヒー
トステーション(11)、  (12)が徐々に冷却さ
れ、両段ヒートステーション(11)、  (12)か
らの寒冷を受けたJT冷凍機のヘリウムガスが予冷され
、このJT冷凍機により5QUIDが極低温レベルに冷
却される。
Next, the valve disc (51) rotates 90 degrees and closes, and after this, the displacer (16) descends to the lower end position, and the gas in the expansion chambers (18) and (19) is exhausted to return to the initial state. return. With the above, one cycle of the operation of the expander (2) is completed, and the same operation as described above is repeated thereafter. By repeating this process, both heat stations (11) and (12) of the cylinder (10) are gradually cooled, and the helium gas in the JT refrigerator that has received the cold from both heat stations (11) and (12) is precooled. , this JT refrigerator cools the 5QUID to a cryogenic level.

このクールダウン運転時、シリンダ(10)の低温端の
温度が高いので、その常温端への圧縮熱滞留の影響がク
ールダウン後よりも大きいが、このとき、シリンダアッ
センブリ(3)及びバルブモータアッセンブリ(40)
の各ガス給排口(5)(45)同士は小径の第2冷媒配
管(61)を通して連通しているので、この小径の冷媒
配管(61)で往来する冷媒ガスの量が多くなり、シリ
ンダ(10)の低温端で奪われた圧縮熱が冷媒ガスとの
熱交換により良好に放熱される。このため、膨張機(2
)がシリンダアッセンブリ(3)とバルブモータアッセ
ンブリ(40)とに分離されていても、シリンダ(10
)常温端の温度上昇を効果的に抑え得、サージボリュー
ム(7)による中間圧を適正範囲に維持でき、よってデ
ィスプレーサ(16)の往復運動を正常に保って、冷凍
機のクールダウン時間を短時間に維持することができる
During this cool-down operation, the temperature at the low-temperature end of the cylinder (10) is high, so the influence of compression heat retention on the normal-temperature end is greater than after the cool-down, but at this time, the cylinder assembly (3) and valve motor assembly (40)
The gas supply/discharge ports (5) (45) communicate with each other through the small-diameter second refrigerant pipe (61), so the amount of refrigerant gas flowing back and forth through this small-diameter refrigerant pipe (61) increases, and the cylinder (10) The heat of compression taken away at the low temperature end is effectively radiated by heat exchange with the refrigerant gas. For this reason, the expander (2
) is separated into a cylinder assembly (3) and a valve motor assembly (40).
) The temperature rise at the normal temperature end can be effectively suppressed, and the intermediate pressure by the surge volume (7) can be maintained within an appropriate range, thereby maintaining normal reciprocating motion of the displacer (16) and shortening the cool-down time of the refrigerator. Can be maintained on time.

そして、このようにして冷凍機の始動から所定時間の経
過後、又はSQU IDの温度が所定温度に低下した後
、クールダウン運転が終了し、冷凍機は定常運転状態に
なる。この状態では、上記第2開閉弁(63)、  (
63)は閉じられ、その代わり第1開閉弁(62)、 
 (62)が開いて、シリンダアッセンブリ(3)のガ
ス給排口(5)とバルブモータアッセンブリ(40)の
ガス給排口(45)とは大径の第1冷媒配管(60)に
よって連通される。その他は上記クールダウン運転時と
同様である。
Then, after a predetermined time has elapsed since the start of the refrigerator, or after the temperature of the SQU ID has decreased to a predetermined temperature, the cool-down operation ends and the refrigerator enters a steady operating state. In this state, the second on-off valve (63), (
63) is closed, and instead the first on-off valve (62),
(62) is opened, and the gas supply/discharge port (5) of the cylinder assembly (3) and the gas supply/discharge port (45) of the valve motor assembly (40) are communicated through the large diameter first refrigerant pipe (60). Ru. The rest is the same as in the cool-down operation described above.

この定常運転状態では、シリンダアッセンブリ(3)及
びバルブモータアッセンブリ(40)の各ガス給排口(
5)、(45)同士が大径の第1冷媒配管(60)を通
して連通しているので、この大径の冷媒配管(60)で
のガスの圧力損失が小さくなり、冷凍機のPv図示面積
が大きく保たれ、よってその冷凍能力を増大維持するこ
とができる。
In this steady operating state, each gas supply/discharge port (
5) and (45) communicate with each other through the large-diameter first refrigerant pipe (60), the pressure loss of the gas in this large-diameter refrigerant pipe (60) is reduced, and the Pv indicated area of the refrigerator is reduced. is kept large, and thus its refrigeration capacity can be maintained at an increased level.

したがって、この実施例では、膨張機(2)が互いに分
離したバルブモータアッセンブリ(40)とシリンダア
ッセンブリ(3)とで構成されていて、バルブモータ(
54)がシリンダ(10)下端から離隔しているので、
バルブモータ(54)からの磁束が5QUIDの磁束検
出にノイズとして悪影響を及ぼすのが抑制され、よって
5QUIDを冷凍機によって問題なく冷却することがで
きる。
Therefore, in this embodiment, the expander (2) is composed of a valve motor assembly (40) and a cylinder assembly (3) that are separated from each other, and the valve motor (
54) is separated from the lower end of the cylinder (10),
The magnetic flux from the valve motor (54) is suppressed from adversely affecting the magnetic flux detection of the 5QUID as noise, and therefore the 5QUID can be cooled by the refrigerator without any problem.

(他の実施例) 第4図は第2実施例を示す。尚、第1図と同じ部分につ
いては同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
(Other Embodiments) FIG. 4 shows a second embodiment. Note that the same parts as in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and detailed explanation thereof will be omitted.

この実施例では、膨張機(2′)のシリンダアッセンブ
リ(3)及びバルブモータアッセンブリ(40)のガス
給排口(5)、  (45)同士は互いに並列な2本の
同径の第1及び第2の冷媒配管(65)、(66)によ
り接続され、両開管(65)、(66)の断面積の合計
はガス給排口(5)(又は(45)] の断面積と略同
じとされている。
In this embodiment, the gas supply/discharge ports (5) and (45) of the cylinder assembly (3) and valve motor assembly (40) of the expander (2') are connected to two parallel first and They are connected by the second refrigerant pipes (65) and (66), and the total cross-sectional area of both open pipes (65) and (66) is approximately the cross-sectional area of the gas supply and discharge port (5) (or (45)). considered to be the same.

第1冷媒配管(65)には該配管(65)を開閉する切
換手段としての手動操作式の1対の開閉弁(67)、(
67)が配設されており、この両開閉弁(67)、(6
7)を開閉することで、両ガス給排口(5)、(45)
の連通時の通路断面積を、2本の冷媒配管(65)、 
 (66)を選択してなる大断面積モードと、該大所面
積モードにおける通路断面積よりも小断面積となる第2
冷媒配管(66)のみを選択してなる小断面積モードと
の間で大小2通りに切り換えるようにしている。
The first refrigerant pipe (65) has a pair of manually operated on-off valves (67) as switching means for opening and closing the pipe (65).
67) is provided, and these double on-off valves (67), (6
7) By opening and closing both gas supply and discharge ports (5), (45)
The cross-sectional area of the passage when communicating with the two refrigerant pipes (65),
(66), and a second mode in which the passage cross-sectional area is smaller than the passage cross-sectional area in the large area mode.
It is possible to switch between the small cross-sectional area mode and the small cross-sectional area mode in which only the refrigerant pipe (66) is selected.

したがって、この実施例では、冷凍機のクールダウン運
転時、開閉弁(67)、(67)が閉じられ、シリンダ
アッセンブリ(3)及びバルブモータアッセンブリ(4
0)との両ガス給排口(5)(45)同士は第2冷媒配
管(66)のみにより連通して、両ガス給排口(5)、
(45)の連通時の通路断面積が小さくなる。このため
、冷媒配管(65)でガスの往来する量が増大して、シ
リンダ(10)常温端での圧縮熱の滞留が抑えられ、よ
ってディスプレーサ(16)の往復運動を適正に保って
クールダウン時間を短縮することができる。
Therefore, in this embodiment, during cool-down operation of the refrigerator, the on-off valves (67), (67) are closed, and the cylinder assembly (3) and valve motor assembly (4) are closed.
Both gas supply and discharge ports (5) (45) with 0) communicate with each other only through the second refrigerant pipe (66), and both gas supply and discharge ports (5),
(45) The cross-sectional area of the passage when communicating becomes smaller. Therefore, the amount of gas flowing back and forth in the refrigerant pipe (65) increases, and the accumulation of compression heat at the normal temperature end of the cylinder (10) is suppressed, thereby maintaining the reciprocating motion of the displacer (16) appropriately and cooling down. It can save time.

これに対し、クールダウン後の定常運転時には、開閉弁
(67)、  (67)が開弁され、両ガス給排口(5
)、  (45)は2本の冷媒配管(65)。
On the other hand, during steady operation after cool-down, the on-off valves (67) and (67) are opened, and both gas supply and discharge ports (5) are opened.
), (45) are two refrigerant pipes (65).

(66)を介して連通ずる。その結果、冷媒配管(65
)、(66)でのガスの圧力損失を低減して、冷凍機の
冷凍能力を大に保つことができる。
(66). As a result, refrigerant piping (65
), (66) can be reduced to maintain a large refrigerating capacity of the refrigerator.

尚、上記第2実施例において、互いに同径の冷媒配管の
数を3本以上に増やしてもよく、開閉弁の開閉により両
ガス給排口(5)、  (45)の連通断面積が大小2
通りになるように切り換えてもよい。
In the second embodiment described above, the number of refrigerant pipes having the same diameter may be increased to three or more, and the communication cross-sectional area of both gas supply and discharge ports (5) and (45) can be changed by opening and closing the on-off valve. 2
You may switch it so that it is the same.

また、両ガス給排口(5)、(45)同士を接続する複
数本の冷媒配管は必ずしも同径である必要はなく、両ガ
ス給排口(5)、(45)同士を異径の複数本の冷媒配
管で接続し、それらの選択により大断面積モードと小断
面積モードとの間で通路断面積が大小2通りに異なるよ
うに組み合わせるようにしてもよく、両モードでの通路
断面積の比を必要に応じて様々に変更することができる
In addition, the multiple refrigerant pipes connecting both gas supply and discharge ports (5) and (45) do not necessarily have to have the same diameter, and both gas supply and discharge ports (5) and (45) are connected to each other with different diameters. They may be connected by multiple refrigerant pipes, and by selecting them, they can be combined so that the passage cross-sectional area is different between the large cross-sectional area mode and the small cross-sectional area mode, and the passage cross-sectional area in both modes is different. The area ratio can be varied as necessary.

また、上記各実施例は、5QUIDを冷却する例である
が、本発明は、その他、モータからの磁束が有害となる
超電導デバイスを冷却する場合にも適用することができ
る。
Further, although each of the above embodiments is an example of cooling a 5QUID, the present invention can also be applied to the case of cooling a superconducting device in which magnetic flux from a motor is harmful.

(発明の効果) 以上説明したように、請求項(1)の発明では、ガス圧
駆動式のGM冷凍機に対し、その膨張機をバルブモータ
アッセンブリとシリンダアッセンブリとに分離し、両ア
ッセンブリのガス給排口同士を径の異なる2種類の並列
な冷媒配管で接続し、両ガス給排口同士の連通を切り換
えるようにした。
(Effects of the Invention) As explained above, in the invention of claim (1), in a gas pressure driven GM refrigerator, the expander is separated into a valve motor assembly and a cylinder assembly, and the gas of both assemblies is The gas supply and discharge ports are connected with two types of parallel refrigerant pipes with different diameters, and communication between both gas supply and discharge ports is switched.

また、請求項(2)の発明では、両アッセンブリのガス
給排口同士を複数の並列な冷媒配管で接続し、両ガス給
排口同士を連通ずる冷媒配管を断面積モードが大小2通
りになるように選択切換えするようにした。従って、こ
れらの発明によれば、シリンダ常温端への圧縮熱の滞留
の影響の大きいクールダウン運転では、冷媒配管での断
面積を小さくすることができ、シリンダの低温端で奪わ
れた圧縮熱によるシリンダ常温端の温度上昇を効果的に
抑えて中間圧を適正範囲に維持でき、ディスプレーサの
往復運動を正常に保つことができる一方、クールダウン
運転後は、冷媒配管でのガスの圧力損失を小さくして冷
凍機のPV図示面積を大きく保つことができる。よって
、5QUID等に対する磁気ノイズ低減のために膨張機
がシリンダアッセンブリとバルブモータアッセンブリと
に分離されたガス圧駆動式GM冷凍機であっても、その
クールダウン運転時間の短縮維持及びクールダウン運転
後の冷凍能力の増大維持を図ることができる。
Further, in the invention of claim (2), the gas supply and discharge ports of both assemblies are connected to each other by a plurality of parallel refrigerant pipes, and the cross-sectional area modes of the refrigerant pipes that communicate between the two gas supply and discharge ports are divided into two types, large and small. The selection can be changed so that Therefore, according to these inventions, in a cool-down operation where the accumulation of compression heat at the cold end of the cylinder has a large effect, the cross-sectional area of the refrigerant piping can be reduced, and the compression heat taken away at the cold end of the cylinder can be reduced. This effectively suppresses the temperature rise at the normal temperature end of the cylinder and maintains the intermediate pressure within an appropriate range, allowing normal reciprocating motion of the displacer. By making it small, the PV indicated area of the refrigerator can be kept large. Therefore, even if the expander is a gas pressure-driven GM refrigerator in which the expander is separated into a cylinder assembly and a valve motor assembly in order to reduce magnetic noise for 5QUID etc., the cool-down operation time can be maintained shortened and the cool-down operation can be continued after the cool-down operation. It is possible to increase and maintain the refrigerating capacity of

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図〜第3図は本発明の第1実施例を示し、第1図は
膨張機の断面図、第2図はバルブ室に臨むバルブステム
上面の平面図、第3図はバルブディスク下面の平面図で
ある。第4図は第2実施例を示す第1図相当図である。 第5図は一体型及び別体型膨張機によるPv線図、第6
図は冷媒配管の配管径及び配管長さとPv面積比との関
係を示す特性図、第7図は冷媒配管の配管径及び配管長
とシリンダ常温端部の温度との関係を示す特性図である
。 (1)・・・圧縮機 (2)、  (2’)・・・膨張機 (3)・・・シリンダアッセンブリ (4)・・・バルブステム(閉塞部材)(5)・・・ガ
ス給排口 (7)・・・サージボリューム (10)・・・シリンダ (11)、(12)・・・ヒートステーション(13)
・・・中間圧室 (15)・・・スラックピストン (16)・・・ディスプレーサ (17)・・・ガス給排室 (18)、(19)・・・膨張室 (24)、  (25)・・・リジェネレータ(40)
・・・バルブモータアッセンブリ(42)・・・バルブ
ステム (43)・・・高圧ガス入口 (44)・・・低圧ガス出口 (45)・・・ガス給排口 (51)・・・バルブディスク(バルブ)(54)・・
・バルブモータ (60)・・・第1冷媒配管 (61)・・・第2冷媒配管 (62)、(63)・・・開閉弁(切換手段)(65)
、(66)・・・冷媒配管 ・・・開閉弁 (切換手段) (5)・・・ガス給排口 (7)・・・サージボリューム ・・・ディスプレーサ (42)・・・バルブステム (43)・・・高圧ガス入口 (44)・・・低圧ガス出口 ・・・バルブモータ ・・・開閉弁(切換手段) 兜3図 第2図(a) 第2区(b)
1 to 3 show a first embodiment of the present invention, FIG. 1 is a sectional view of the expander, FIG. 2 is a plan view of the upper surface of the valve stem facing the valve chamber, and FIG. 3 is the lower surface of the valve disk. FIG. FIG. 4 is a diagram corresponding to FIG. 1 showing the second embodiment. Figure 5 is a Pv diagram for integrated and separate expanders, Figure 6
The figure is a characteristic diagram showing the relationship between the pipe diameter and pipe length of the refrigerant pipe and the Pv area ratio, and Figure 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the pipe diameter and pipe length of the refrigerant pipe and the temperature at the normal temperature end of the cylinder. . (1)... Compressor (2), (2')... Expander (3)... Cylinder assembly (4)... Valve stem (closure member) (5)... Gas supply and exhaust Port (7)...Surge volume (10)...Cylinder (11), (12)...Heat station (13)
... Intermediate pressure chamber (15) ... Slack piston (16) ... Displacer (17) ... Gas supply and discharge chamber (18), (19) ... Expansion chamber (24), (25) ... Regenerator (40)
... Valve motor assembly (42) ... Valve stem (43) ... High pressure gas inlet (44) ... Low pressure gas outlet (45) ... Gas supply and discharge port (51) ... Valve disc (Valve) (54)...
・Valve motor (60)...First refrigerant pipe (61)...Second refrigerant pipe (62), (63)...Opening/closing valve (switching means) (65)
, (66)...Refrigerant piping...Opening/closing valve (switching means) (5)...Gas supply/discharge port (7)...Surge volume...Displacer (42)...Valve stem (43)... )...High pressure gas inlet (44)...Low pressure gas outlet...Valve motor...Opening/closing valve (switching means) Figure 3 Figure 2 (a) Section 2 (b)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)冷媒ガスを圧縮して高圧ガスを発生させる圧縮機
(1)と、該圧縮機(1)から供給された高圧ガスを断
熱膨張させて極低温レベルの寒冷を発生させる膨張機(
2)とで構成された極低温冷凍機であって、 上記膨張機(2)は、ガス給排口(5)を介してシリン
ダ(10)内へガスを給排してディスプレーサ(16)
を往復動させ、シリンダ(10)内の膨張室(18)、
(19)でガスを膨張させるシリンダアッセンブリ(3
)と、バルブモータ(54)により切換バルブ(51)
を駆動して、上記圧縮機(1)の吐出側及び吸込側にそ
れぞれ接続される高圧ガス入口(43)及び低圧ガス出
口(44)とガス給排口(45)との連通を切り換える
バルブモータアッセンブリ(40)とに分離され、 上記シリンダアッセンブリ(3)のガス給排口(5)と
バルブモータアッセンブリ(40)のガス給排口(45
)とは第1冷媒配管(60)と、該第1冷媒配管(60
)に並列に接続され、第1冷媒配管(60)よりも小径
の第2冷媒配管(61)とにより連通され、両ガス給排
口(5)、(45)の連通を第1又は第2冷媒配管(6
0)、(61)に選択的に切り換える切換手段(62)
、(63)が設けられていることを特徴とする極低温冷
凍機。
(1) A compressor (1) that compresses refrigerant gas to generate high-pressure gas, and an expander (1) that adiabatically expands the high-pressure gas supplied from the compressor (1) to generate cryogenic cold.
2), wherein the expander (2) supplies and discharges gas into the cylinder (10) through the gas supply and discharge port (5) to generate a displacer (16).
an expansion chamber (18) within the cylinder (10);
The cylinder assembly (3) expands the gas at (19).
) and a switching valve (51) by a valve motor (54).
a valve motor that switches communication between a high pressure gas inlet (43) and a low pressure gas outlet (44) connected to the discharge side and suction side of the compressor (1), respectively, and the gas supply/discharge port (45) by driving the compressor (1); The gas supply/discharge port (5) of the cylinder assembly (3) and the gas supply/discharge port (45) of the valve motor assembly (40) are separated from the assembly (40).
) means the first refrigerant pipe (60) and the first refrigerant pipe (60).
) is connected in parallel with a second refrigerant pipe (61) having a smaller diameter than the first refrigerant pipe (60), and communicates with the first or second refrigerant pipe (61) to connect both gas supply/discharge ports (5), (45). Refrigerant piping (6
switching means (62) for selectively switching between 0) and (61);
, (63).
(2)冷媒ガスを圧縮して高圧ガスを発生させる圧縮機
(1)と、該圧縮機(1)から供給された高圧ガスを断
熱膨張させて極低温レベルの寒冷を発生させる膨張機(
2)とで構成された極低温冷凍機であって、 上記膨張機(2)は、ガス給排口(5)を介してシリン
ダ(10)内へガスを給排してディスプレーサ(16)
を往復動させ、シリンダ(10)内の膨張室(18)、
(19)でガスを膨張させるシリンダアッセンブリ(3
)と、バルブモータ(54)により切換バルブ(51)
を駆動して、上記圧縮機(1)の吐出側及び吸込側にそ
れぞれ接続される高圧ガス入口(43)及び低圧ガス出
口(44)とガス給排口(45)との連通を切り換える
バルブモータアッセンブリ(40)とに分離され、 上記シリンダアッセンブリ(3)のガス給排口(5)と
バルブモータアッセンブリ(40)のガス給排口(45
)とは複数本の冷媒配管(65)、(66)で接続され
、 両ガス給排口(5)、(45)の連通時の通路断面積を
、少なくとも2以上の冷媒配管(65)、(66)を選
択してなる大断面積モードと、該大断面積モードにおけ
る通路断面積よりも小断面積となる冷媒配管を選択して
なる小断面積モードとの間で切り換える切換手段(67
)が設けられていることを特徴とする極低温冷凍機。
(2) A compressor (1) that compresses refrigerant gas to generate high-pressure gas, and an expander (1) that adiabatically expands the high-pressure gas supplied from the compressor (1) to generate cryogenic cold.
2), wherein the expander (2) supplies and discharges gas into the cylinder (10) through the gas supply and discharge port (5) to generate a displacer (16).
an expansion chamber (18) within the cylinder (10);
The cylinder assembly (3) expands the gas at (19).
) and a switching valve (51) by a valve motor (54).
a valve motor that switches communication between a high pressure gas inlet (43) and a low pressure gas outlet (44) connected to the discharge side and suction side of the compressor (1), respectively, and the gas supply/discharge port (45) by driving the compressor (1); The gas supply/discharge port (5) of the cylinder assembly (3) and the gas supply/discharge port (45) of the valve motor assembly (40) are separated from the assembly (40).
) are connected by multiple refrigerant pipes (65), (66), and the cross-sectional area of the passage when both gas supply/discharge ports (5), (45) are in communication is determined by at least two or more refrigerant pipes (65), Switching means (67) for switching between a large cross-sectional area mode by selecting (66) and a small cross-sectional area mode by selecting a refrigerant pipe whose cross-sectional area is smaller than the passage cross-sectional area in the large cross-sectional area mode.
) A cryogenic refrigerator characterized by being provided with.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2020149160A1 (en) * 2019-01-17 2020-07-23 住友重機械工業株式会社 Cryogenic refrigerator, refrigeration capacity suppressor, and method for using refrigeration capacity suppressor
WO2022046468A1 (en) * 2020-08-28 2022-03-03 Sumitomo (Shi) Cryogenics Of America, Inc. Reversible pneumatic drive expander

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